鈉、銅、鈾在花崗巖裂隙中的遷移模擬研究.pdf

1、近幾十年來，地下水污染、高放廢物處置庫選址等問題使多孔介質(zhì)中溶質(zhì)遷移這一課題成為研究熱點。與孔隙介質(zhì)中溶質(zhì)遷移研究相比，裂隙溶質(zhì)遷移研究還處于起步階段。本次研究采用自制花崗巖裂隙溶質(zhì)遷移設(shè)備，開展了以Na、Cu、U為示蹤劑的遷移實驗，實驗包括：
　　1)Na、Cu、U在花崗巖薄板中的擴散實驗；
　　2)Na、Cu、U在花崗巖薄板中的彌散實驗；
　　3)Na、Cu、U在花崗巖單裂隙中的對流-彌散實驗；
　　4)Na

2、在花崗巖單裂隙中遷移的彌散尺度現(xiàn)象分析實驗。在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用配線法求出Na、Cu、U的擴散系數(shù)、阻滯系數(shù)、彌散系數(shù)等有關(guān)參數(shù)，為后續(xù)數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)。
　　實驗結(jié)果表明：
　　(1)擴散、彌散實驗中發(fā)現(xiàn)，由于濃度差以及花崗巖的阻滯作用使原、取液箱中濃度變化速率相差較大，且彌散實驗中存在的水壓作用使溶質(zhì)濃度變化速率比擴散實驗的變化速率快。此外，對比擴散、彌散曲線得到濃度變化速率U＞Na＞Cu，分析主要原因為花崗巖對各元

3、素產(chǎn)生阻滯作用Cu＞Na＞U，而隨后利用實驗所得曲線，求得擴散系數(shù)、彌散系數(shù)以及阻滯系數(shù)也證明了此觀點，計算結(jié)果為：擴散條件下，Na、Cu、U擴散系數(shù)分別為8.57×10-13 m2/s、6.45×10-13 m2/s、1.03×10-12 m2/s，阻滯系數(shù)分別為6214、12047、2031，彌散條件下，Na、Cu、U的彌散系數(shù)分別為4.83×10-12 m2/s、5.35×10-12 m2/s、3.08×10-13 m2/s；阻滯

4、系數(shù)分別為6079、12005、1705；最后，實驗中發(fā)現(xiàn)在嚴格計算取樣量的前提下，高濃度液面會有所上升，推測原因為巖板起―半透膜作用，發(fā)生反滲透現(xiàn)象。
　　(2)對流-彌散實驗中發(fā)現(xiàn)，各元素遷移曲線整體為倒―V字型且由于水動力彌散作用使曲線隨時間與遷移距離增加，濃度峰值逐漸減小，峰面積逐漸增大，曲線―縮首程度減弱而―拖尾現(xiàn)象明顯。此外，對比遷移曲線發(fā)現(xiàn)：曲線―縮首程度：U＞Na＞Cu，曲線―拖尾程度Cu＞Na＞U；推測花崗巖對三

5、種元素的阻滯作用Cu＞Na＞U；通過使用配線法求出Na、Cu、U的縱向彌散度分別為：0.0858-0.1077 m、0.0921-0.1162 m、0.0958-0.1337 m，橫向彌散度為：0.00077 m、0.00066 m、0.00030 m。
　　(3)彌散尺度實驗表明室內(nèi)小尺度試驗也可產(chǎn)生―尺度效應(yīng)為后續(xù)研究提供思路。
　　數(shù)值模擬研究主要包括：
　　1)以對流-彌散實驗為基礎(chǔ)，選擇雙重連續(xù)介質(zhì)模型構(gòu)建瞬

6、時注入數(shù)學(xué)模型，驗證有關(guān)參數(shù)；
　　2)根據(jù)野外實際情況，選擇雙重連續(xù)介質(zhì)模型構(gòu)建恒定注入數(shù)學(xué)模型，模擬預(yù)測Na、Cu、U在青山花崗巖裂隙內(nèi)部的遷移情況。模擬結(jié)果表明：
　　(1)對比實驗曲線與模擬曲線，驗證了實驗求得數(shù)據(jù)的準確性；同時證明在未知參數(shù)較多的情況下，使用等效連續(xù)介質(zhì)模型求取有關(guān)參數(shù)是可行的；
　　(2)模擬Na、Cu、U在青山花崗巖裂隙中的遷移情況，發(fā)現(xiàn)當溶質(zhì)在同一遷移位置處，隨時間增加，濃度值逐漸增大；